制造企业提高设备自动化程度以后,一个看似矛盾的问题正在变得越来越突出:机器越来越复杂,而能够熟悉所有设备的现场技术人员却越来越难配置。PLC、伺服驱动、工业网络、视觉系统、机器人以及各种专用机械集中在同一生产现场,一台设备出现异常后,维修人员不仅需要知道机械结构,还可能需要查看电气图纸、故障代码、操作手册和历史维修记录。如果真正熟悉这台设备的工程师恰好在另一座工厂,传统做法通常是通过电话描述故障,情况复杂时甚至只能等待技术人员赶到现场。9月1日,制造业信息系统企业B-EN-G正式开始提供一套面向工业现场的智能眼镜作业支持方案,把可穿戴显示设备与远程支援软件结合起来,希望让现场人员在保持双手工作的同时直接查看操作步骤,并把第一视角视频实时传给远程技术人员。对于工厂数字化而言,这类设备的重要性并不是又增加了一块显示屏,而是尝试把原来存在于电脑、纸质手册和熟练人员经验中的信息直接送到设备旁边。
这套系统使用工业智能眼镜作为现场终端。工作人员佩戴后,可以在视野范围内查看作业说明、检查步骤和必要信息,而不需要频繁停下手中的工作去翻阅纸质资料或者操作平板电脑。普通维修任务中,这种区别可能并不明显,但对于需要一边使用工具、一边按照顺序检查多个端子、阀门和设备部件的工作来说,双手能否保持自由具有实际意义。例如维修人员正在检查控制柜,如果每确认一个步骤都需要放下工具、拿起手册、找到对应页面,再返回设备继续操作,整个流程会被不断打断;如果关键步骤直接出现在视野中,人员就可以按照规定顺序逐项确认。
这种方式对于新员工和不常进行的维护工作尤其有价值。工厂里一些设备每天都在运行,但某些保养项目可能半年甚至一年才进行一次,普通工作人员很难完全依靠记忆掌握全部流程。传统企业会通过标准作业书、检查表和现场培训解决这一问题,但纸面说明与实际设备之间始终存在距离。智能眼镜把作业步骤放到工作人员眼前,本质上是把标准作业书变成能够随操作过程逐步显示的数字化指导。不过,它并不能自动保证操作一定正确,步骤内容本身仍然需要由企业根据设备手册、工艺要求和安全规则认真编制。如果原始作业标准存在错误,再先进的显示设备也只会更加稳定地把错误步骤展示给人员。
此次方案另一个重点是远程实时支援。智能眼镜上的摄像头可以把工作人员看到的现场画面传送给远程专家,专家在电脑端观察设备状态,再通过语音或画面指导现场人员进行检查。相比普通电话沟通,这种方式最大的区别是双方看到的是同一个设备现场。维修人员不再需要花大量时间描述“左边第二个模块旁边那个红灯”,远程人员可以直接看到控制柜、机械部件或者仪表状态,从而更快确认需要进一步检查的位置。
设备故障处理中,这种第一视角视频具有比较实际的应用价值。工业设备异常往往包含很多难以通过语言准确表达的信息,例如指示灯闪烁方式、机械运动是否顺畅、气缸是否完全到位、某个接头附近有没有泄漏痕迹。照片能够保存静态状态,但对于间歇性故障或者设备动作过程,实时视频的信息更加完整。远程专家如果能够同步看到设备运行情况,就可以一边让现场人员进行操作,一边观察状态变化,从而减少来回发送照片、等待回复的时间。
硬件在通信方面支持4G移动网络,这意味着在没有稳定Wi-Fi覆盖的区域,也可以通过移动通信进行数据连接。对于大型工厂、仓库、建筑现场以及户外设备,这一点比普通消费级智能眼镜更加重要。很多生产区域的无线网络并没有做到完全覆盖,一些设备甚至位于厂房外围、地下空间或者临时施工区域。如果现场终端只能依赖企业Wi-Fi,远程支援的实际使用范围会受到明显限制。当然,4G通信质量仍然取决于现场信号条件,金属厂房、大型机械和封闭空间都可能影响无线通信,因此真正部署时仍然需要提前验证网络覆盖,而不能简单认为安装移动通信模块后任何位置都一定能够稳定视频连接。
设备还采用可不停机更换电池的设计。对于工业可穿戴终端来说,这比普通消费电子设备更有实际意义。现场巡检和维护可能连续持续数小时,如果电池耗尽后必须关闭设备重新启动,不仅中断视频连接,还可能打断正在执行的作业步骤。通过备用电池轮换,可以在长时间工作中继续保持终端运行。这里同样不能把“可更换电池”理解成设备能够无限运行,实际使用还需要准备足够数量的备用电池,并建立充电和电池状态管理。
语音操作也是工业智能眼镜比较适合现场的一项功能。维修人员佩戴手套或者双手正在操作工具时,不方便频繁触摸屏幕,通过语音切换步骤、确认项目或者启动部分功能,可以减少手部操作。不过,工业现场通常存在电机、风机、空压设备以及其他背景噪声,语音识别实际效果会受到环境影响。此次硬件还支持选配骨传导耳机,用于在噪声环境下提高语音沟通能力。设备设计因此开始明显区别于普通办公场景的智能眼镜,需要同时考虑噪声、粉尘、潮湿和人员持续佩戴等工业条件。
防护方面,该智能终端达到IP6X级防尘和IPX5级防水能力。这里需要严格区分防护等级的含义:IP6X表示规定测试条件下具有较高粉尘防护能力,IPX5则针对喷水条件,并不等于设备能够长期浸水,也不代表能够接触所有油液、化学品和清洗剂。机床、食品生产、化工和户外施工环境差异很大,用户仍然需要根据实际工作条件判断是否适用。工业可穿戴产品真正要进入生产现场,防护等级只是第一步,长期佩戴舒适性、镜片清洁、设备固定和跌落风险同样会影响使用。
智能眼镜进入工厂后,应用范围也并不只局限于设备维修。装配生产线中的复杂工序,同样可以通过视野内显示操作顺序来减少遗漏。一件产品可能需要依次安装十几种零件,不同型号又存在不同安装步骤,如果工作人员仅依靠纸质作业指导书,很容易在产品切换时出现混淆。数字化作业系统可以根据当前工单显示对应步骤,并提示需要确认的位置。对于多品种、小批量生产,这种方式比为每一种产品单独制作复杂自动化设备更加灵活。
不过,智能眼镜并不会让人工装配自动获得“零错误”。真正防错仍然需要与条码、扭矩工具、视觉检测、传感器或者PLC信号结合。例如系统提示工作人员拧紧四颗螺栓,如果软件只显示操作说明,却没有从电动拧紧工具获取实际扭矩数据,它并不能确认螺栓是否真正达到要求。未来更完整的现场数字化,很可能是智能眼镜负责把信息显示给人员,工具和传感器负责记录真实操作结果,再把这些数据汇总形成可追溯的作业记录。
这也是工业智能眼镜与普通视频通话最大的长期区别。如果设备只用来与远程人员聊天,它更像是一种佩戴式通信工具;当它进一步与作业系统、设备记录和企业数据连接以后,才可能真正进入生产管理。此次方案已经支持将现场作业过程和相关记录保存下来,企业可以把过去依赖人员口头传递的维修经验逐渐形成数字记录。某台设备发生同类故障时,下一位维修人员可以参考以前的处理过程,而不必再次从头寻找原因。
这种数据积累对于技能传承也具有现实意义。工厂经验丰富的维修人员往往知道很多设备“特殊情况”,这些经验不一定完整写在说明书中。例如某个报警通常先检查哪一个接头,某台设备在特定温度下容易出现怎样的现象,这些知识长期依赖熟练人员本人。通过远程指导和现场记录,可以逐渐把这些处理过程保存下来,再整理为企业自己的维护知识库。不过,这仍然需要企业主动管理数据,不能认为只要录下视频就自然完成知识沉淀。大量没有分类、没有设备编号和没有故障标签的视频,几年以后同样很难搜索和利用。
现场数字化还会带来信息安全问题。智能眼镜可能拍摄生产设备、控制柜、产品和工艺过程,这些内容对企业来说可能属于内部生产信息,因此设备如何登录、视频保存在哪里、谁能够远程查看以及离职人员权限怎样取消,都需要纳入企业信息安全管理。制造现场的远程支援越方便,对账户和访问权限管理的要求也越高。尤其当设备与外部供应商远程协同时,应根据企业自身安全制度明确哪些区域可以拍摄、哪些设备数据可以提供,而不能因为技术上能够实时传输,就默认所有生产信息都适合向外部开放。
对于设备供应商而言,智能眼镜还可能改变售后服务方式。一家机械制造商向全国甚至海外销售设备以后,过去出现复杂故障通常需要派工程师到客户现场,交通和等待时间都会增加停机成本。如果客户能够佩戴现场终端,让设备厂技术人员实时看到故障状态,一部分简单问题可能在远程指导下完成处理。这并不会消除现场服务,机械损坏、更换大型部件和复杂调试仍然需要工程人员实际到场,但可以减少一些原本只是为了确认状态而进行的出差。
工业现场使用这类产品也必须保留清楚的安全边界。人员佩戴显示设备后,视野中会出现数字信息,如果提示内容过多或者位置设计不合理,反而可能影响对真实设备环境的观察。涉及旋转机械、起重设备、车辆以及其他危险区域时,显示内容不能让人员忽视现场风险。远程专家的指令也不能绕过设备自身的安全操作程序。涉及停电、挂牌、机械锁定等维修作业时,仍然需要按照适用的安全制度执行,智能眼镜只能辅助提供信息,不能代替安全隔离措施。
从工控产品体系来看,工业智能眼镜表面上属于信息终端,但它最终仍然会与大量传统自动化设备发生联系。PLC提供设备状态,HMI记录报警,传感器提供现场数据,工业网络连接不同机械,智能眼镜则把这些信息以工作人员能够直接看到的方式带到现场。过去工厂数字化的大量投资集中在控制柜和服务器中,现在信息开始进一步向真正执行操作和维护任务的人员靠近。
9月1日正式开始提供的这套方案因此反映出制造业数字化的另一个方向。自动化并不只是让机器人代替人员完成动作,也包括让仍然必须由人完成的维修、检查和复杂装配变得更加标准化。很多生产现场短期内不可能完全无人化,尤其是设备故障处理、保养和异常判断仍然高度依赖技术人员。真正现实的技术路线,是让现场人员能够更快获得需要的信息,同时让远程专家能够更快看到真实现场。
对于工业品市场而言,这类可穿戴终端如果进一步普及,也可能形成新的设备配套需求。现场网络覆盖、工业无线通信、设备数据接口、数字作业指导、维修数据库以及远程运维平台都需要同步完善。智能眼镜只是人和这些数据之间的一个入口,真正决定应用效果的仍然是背后的设备数据是否准确、作业流程是否清楚,以及企业是否建立了持续维护这些数字内容的机制。制造现场从“人去找资料”转向“资料跟着人到设备旁边”,可能会成为设备运维数字化中越来越实际的一步。